Einfluss des Tauwurms (<em>Lumbricus terrestris</em> L.) auf Quantität und Qualität von Bioporen in Ackerböden: Strategien zur Maximierung positiver Effekte des mehrjährigen Futterbaus

Abstract

In den Jahren 2011, 2013, 2014 und 2015 wurden auf einem tiefgründigen Lösslehm (Campus Klein-Altendorf, Universität Bonn) Feldversuche zur Bioporengenese und Mortalität von <em>Lumbricus terrestris</em> nach einer Bodenbearbeitung durchgeführt. Ergänzend wurden Gefäßversuche angelegt, um die Grabegeschwindigkeit der Tauwürmer bei unterschiedlichen Bodenbedingungen und die Biomasseentwicklung bei unterschiedlichen Nahrungsangeboten zu bestimmen. Oberziel der Arbeit war es, die natürlichen Prozesse in Bezug auf die Bioporengenese und Mehrung der Bodenfruchtbarkeit durch <em>L. terrestris</em> zu quantifizieren. Im Hinblick auf eine maximale Perforation des Unterbodens durch Bioporen mit hoher Qualität der Drilosphäre innerhalb eines mehrjährigen Fruchtfolgefeldes wurden zwei Strategien verfolgt. Zum einen sollte eine möglichst hohe Ausgangspopulation zu Beginn der Bodenruhe erhalten werden ohne die Intensität der Bodenbearbeitung zu reduzieren. Zum anderen sollte ein mehrjähriges Fruchtfolgefeld gefunden werden, welches sowohl das Wachstum der Tauwurmpopulation fördert als auch die Grundlage für eine nährstoffreiche Drilosphäre bietet.<br /> Durch eine Bodenbearbeitung freigelegte oder natürlich abgewanderte Tauwürmer müssen umgehend eine neue Wohnröhre für sich erschließen, um den Gefahren an der Bodenoberfläche zu entgehen. Im Versuch hatten neu angelegte Bioporen bei gering komprimierten (1,3 g * cm^-3) Böden eine nahezu vertikale Ausrichtung. Unmittelbar oberhalb des stärker komprimierten (>1,55 g * cm^-3) Unterbodens wurde jedoch eine zunehmend horizontale Porenausrichtung beobachtet. Ab der Ebene zwischen Ober- und Unterboden besiedelte <em>Lumbricus terrestris</em> in allen Versuchsjahren bevorzugt Altporen wieder, um tiefer in den Bodenkörper einzudringen. Im Mittel der Versuchsjahre waren es 38 % der Tauwürmer, die eine neue Pore im Unterboden anlegten. Tauwürmer, die durch eine Bodenbearbeitung verschüttet wurden, benötigten mit zunehmender Höhe der Überdeckung (= Bearbeitungstiefe) mehr Zeit, um einen erneuten Zugang zur Bodenoberfläche anzulegen. Durch die Gefäßversuche wurde statistisch belegt, dass <em>L. terrestris</em> mit sinkender Feuchtigkeit und zunehmender Lagerungsdichte der aufliegenden Bodenschicht mehr Zeit für die Porenneuanlage zur Bodenoberfläche benötigt. In Freilandversuchen kam es ab einer Bodenauflage von 20 cm zu Ausfällen unter den Tauwürmern; dabei stieg die Mortalitätsrate mit zunehmender Auflagehöhe.<br /> Die vertikalen Bewegungen der Tauwürmer wurden in einem artifiziellen Versuchsaufbau aufgezeichnet. Dabei lag die bevorzugte Aufenthaltstiefe der Tauwürmer unterhalb des vom Pflug beeinflussten Bereichs (unterhalb 30 cm Bodentiefe). Lediglich zwischen Mitternacht und den frühen Morgenstunden gab es eine erhöhte Aktivität einzelner Tauwürmer im Bereich von 0 bis 30 cm.<br /> Bodenanalysen der Versuchsanlage in Klein-Altendorf ergaben, dass im Vergleich zum umliegenden Boden C, N, P, S und Ca in der Drilosphäre in signifikant erhöhten Gehalten vorlagen. Ein Gefäßversuch belegte, dass die Intensität der Nährstoffanreicherung auch vom Nahrungsangebot abhängt. Zudem wurde die Biomasseentwicklung der Tauwürmer durch das Nahrungsangebot beeinflusst. In den Nahrungsversuchen erwies sich Wegwarte bezüglich des Biomassezuwachses der Tauwürmer und der Nährstoffanreicherung in der Drilosphäre als die günstigste der vier untersuchten Varianten. Bei einem abwechslungsreichen Nahrungsangebot nahm <em>L. terrestris</em> jedoch nicht bevorzugt Wegwarte auf. Präferiert wurde Weizenstroh, welches als einzige Nahrungsvariante im Test eine Biomassereduktion der Tauwürmer zur Folge hatte.

In the years 2011, 2013, 2014 and 2015 field trials were conducted on a deep loess loam (Campus Klein-Altendorf, University of Bonn) to analyze biopore formation and mortality of dew worms (<em>Lumbricus terrestris</em>) after tillage. Additional column experiments were carried out to estimate (i) the time <em>L. terrestris</em> needs to rebuild a new connection to the soil surface after tillage under different soil conditions and (ii) the development of dew-worm biomass supplied with different food sources. The aim of this study was the quantification of natural processes, in relation to the bioporegenesis and increase of soil fetility by <em>L. terrestris</em>. In order to optimize perennial fodder cropping with regard to increased perforation of the subsoil by biopores with high nutrient concentrations in the drilosphere two startegies have been investigated. Firstly, a high initial population of <em>L. terrestris</em> is required at the beginning of the soil rest. Secondly, a perennial fodder crop is needed that is capable of creating biopores with taproots and supports a high population density and provides the basis for a nutrient rich drilosphere.<br /> Dew worms exposed to the surface by tillage or naturally migrating dew-worms need to create a new burrow to avoid the dangers on the soil surface. Newly created biopores had an almost vertical orientation in the low compacted topsoil (1.3 g * cm^-3). Immediately above the more compacted subsoil (> 1.55 g * cm^-3) a nearly horizontal burrow orientation was observed. From the plane between topsoil and subsoil <em>L. terrestris</em> preferred to reuse burrows for deeper penetration into the soil. In average of three experimental years 38 % of the dew-worms created new burrows to enter the subsoil. With increasing plowing depth Nightcrawlers surviving tillage in deeper soil layers needed more time to rebuild an exit to the soil surface. Column experiments have shown that reduced moisture and increased compaction of the overlying soil layer can also enlarge the time interval. In field trials the mortality rate increased with increasing plowing depth.<br /> The vertical movements of <em>L. terrestris</em> were recorded with an experimental setup based on an artificial pore equipped with inductive sensors. The preferred depth of residences was below the area affected by plowing (> 30 cm depth). In 0 - 30 cm depth increased activity was recorded between midnight until the early morning hours.<br /> Analysis of soil samples from the study site in Klein-Altendorf have shown that nutrient concentrations of C, N, P, S and Ca are significantly increased in the drilosphere compared to the bulk soil. Furthermore, another experiment showed that the intensity of nutrient enrichment depended on the food source. The development of dew worm biomass was also affected by the type of food supply. Chicory resulted in the higher enrichment of dew-worm biomass and nutrient concentration in the drilosphere than lucerne, tall fescue or wheat straw. Therefore, it was unexpected that dew-worms fed with four food types avoided Chicory. In contrast nightcrawlers preferred wheat straw, which is the only tested food source that resulted in a reduction of dew-worm biomass.